CN107207030A - 用户与车辆内置的车载系统之间从方向盘进行交互的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的主题是一种用于机动车辆的方法，所述机动车辆包括：方向盘、仪表组，所述方向盘包括传感器，所述传感器布置在轮缘上并且配置来检测的驾驶员的手（4）的手指（5）是否接触所述轮缘（25），这些传感器在周向方向上一个接一个地布置，所述方法包括下列步骤：a）在所述方向盘的轮缘上限定第一和第二激活区，b）在数字显示区中限定第一和第二交互实体，这些交互实体的位置与激活区相对应，c）检测手指的运动，包括手在激活区上的闭合或抓握，d）采取与第一交互实体相关联的动作。

Description

用户与车辆内置的车载系统之间从方向盘进行交互的方法

技术领域

本发明涉及尤其在驾驶情形中、特别是在机动车辆行驶时允许驾驶员从车辆的方向盘与车辆的显示装置进行交互的方法和系统。

背景技术

更准确地，人们感兴趣的是这样的方法和系统：其允许驾驶员以直观的、安全的并且容易的方式与仪表组进行交互，以便对请求做出回应和/或开始与车辆的车载系统（控制系统或通信系统）有关的动作。更确切地，人们偏好这样的交互：其使得驾驶员能够通过在仪表组上显示的图形实体以及通过与方向盘接触而这无需触摸仪表组表面所执行的动作向车辆的车载系统表达意愿。

从文献GB 2 423 808中已知例如在中央控制台上布置敏感的触摸表面（触摸屏），这允许光标在仪表组上移动。然而，这种方案意味着驾驶员需要在位于离方向盘一段距离的触摸屏上移动他或她的一只手，而这在驾驶安全方面并不是最优的。

还从文献US 2011 169 750中已知使用位于方向盘的主垫上的触摸屏以便与图形元素进行交互；但是这需要松开对方向盘的正常抓握以执行操控。

因此，需要提出一种改进的方案，以允许驾驶员通过仪表组与一个或多个控制或通信系统更可靠地进行交互。

发明内容

根据本发明，提出一种用于机动车辆的方法，所述车辆包括连接至车辆的转向系统的用于驾驶的方向盘、包括显示区的仪表组，所述方向盘包括多个传感器，其布置在轮缘上，并且配置来检测驾驶员的至少一只手的至少一个手指与所述轮缘是否接触或者是否在所述轮缘附近，这些传感器在周向方向上一个接一个地布置，所述方法包括下列步骤：

a）在方向盘的轮缘上限定至少一个第一激活区，

b）在显示区中限定至少一个第一交互实体，该第一交互实体位于与第一激活区相对应的位置处，并且其代表事件或功能，

c）检测代表手在第一激活区上的至少一次闭合的手指的主动运动，

d）采取与第一交互实体相关联的动作。

根据本发明的方法的特征在于，在步骤c）期间，手指的主动运动表示手在相应的激活区上的多次闭合或抓握，即两次闭合或三次闭合。

通过此类方法，可以通过在方向盘上与仪表组交互的简单且直观的行为实现交互，以便开始进行与车辆系统相关的动作。

有利地，驾驶员的手保持放在方向盘上或在方向盘附近，而不触摸仪表组，并且对方向盘保持良好的控制。

而且，由此提出一种操控，其类似于当今各种人机界面中广泛使用的双击或双敲。

在呈现给驾驶员的事件出现之后的预定时隙中，可以进行手指的主动运动；这个时隙可以大约是5到10秒，并且由此可以避免非主动地考虑在这个时隙之外所进行的运动。

在根据本发明的方法的各种实施例中，可能能够使用下面的布置中的一种或多种：

·通过如下方式限定手在激活区上的两次闭合：由至少三个邻近的传感器检测到至少两个手指接触轮缘或者按压在轮缘上，然后在相同的这些传感器上检测不到，然后在相同的传感器上再次检测到，然后再次在相同的传感器上检测不到。以此方式，使得对主动运动的考虑更加可靠，并且能避免错误的检测或非主动触发的风险。

·在方向盘的轮缘上限定至少一个第二激活区，并且在显示区中限定至少一个第二交互实体，第一激活区和第二激活区对称地布置在方向盘的竖直的中间平面的两侧，第一激活区包括右手的标称位置，以及第二激活区包括左手的标称位置。驾驶员因此可以非常容易地使用其两只手以与仪表组进行交互，而其手无需离开方向盘。

·第一交互实体代表接受对驾驶员提出的提议的动作，而第二交互实体代表拒绝所述提议的动作。以此方式，提出一种非常简单的交互以在将手保持在方向盘上的同时表达二元选择。

·第一交互实体代表接听电话呼叫，而第二交互实体代表拒绝所述电话呼叫，使得这样能够有利地构成免提电话装置。

·传感器在周向方向上彼此间隔开至多15 mm，并且第一和第二激活区中的每个激活区覆盖轮缘的90°至180°之间的角度扇区。以此方式，可以在方向盘的轮缘的足够广泛的部分上检测驾驶员的手指，且因此驾驶员的动作不需要是准确的；仅需要驾驶员选择左手或右手。

·在至少三个邻近的手指上检测到手指的运动；这样使得允许只考虑主动运动并且排除驾驶员可能以自然的方式所进行的某些运动。

·仪表组在它的数字显示区之一中和/或通过抬头式显示器即时地显示方向盘的图像，该图像显示了可用的不同的交互区以及表示相应动作的图画文字，从而向驾驶员通知通过在方向盘轮缘上的主动抓握的交互所提供的选项。

此外，本发明还涉及一种用于机动车辆的交互系统，其允许实施前述的方法，该交互系统包括：用于驾驶的方向盘，其连接至所述车辆的转向系统、包括显示区的仪表组，所述方向盘包括多个传感器，所述传感器布置在所述方向盘的所述轮缘上并且配置来检测驾驶员的至少一只手的至少一个手指与所述方向盘的所述轮缘是否接触或者是否在所述轮缘附近，所述传感器在周向方向上一个接一个地布置，所述方向盘的所述轮缘限定至少第一激活区和第二激活区，所述仪表组在所述显示区中限定至少第一交互实体和第二交互实体，其分别位于与第一激活区和第二激活区相对应的位置处，并且其代表事件或功能，所述系统配置来检测手指的主动运动，包括手在所述激活区之一上的至少一次抓握，并且执行与对应于所述激活区的所述交互实体相关联的动作。

附图说明

通过阅读下面以示例性而非限制性方式给出的对多个实施例中的一个的说明，将明白本发明的其它方面、目的和优点。通过参照附图，也可以更好地理解本发明，其中：

–图1示出系统的总体示意图，在该系统中可以实施根据本发明的方法，

–图2A和图2B示出了两种驾驶配置，分别是具有对方向盘主动握持以及具有右手的抓握运动，

-图3示出图1中示出的系统的方向盘的轮缘的剖视图，

–图4A和图4B示出了图1中示出的系统中使用的传感器的两个示例的细节图，

–图5示出了尤其包括传感器的获知装置的功能图，

–图6A和图6B示出了说明驾驶员的手的手指的检测的时序图，

–图7示出了说明驾驶员的手的手指的检测的另一个时序图，

–图8与图1相似，且示出了附加功能。

具体实施方式

图1示出从驾驶员的视角看的转向柱的中央区（在直线行驶的情况下）。在转向柱中，面朝驾驶员，设有仪表组1，该仪表组1在当前情况下包括数字显示区10、19（LCD或像素化的），用于使车辆转向的方向盘2，该方向盘安装成能围绕轴线X旋转，并且包括轮缘25。仪表组1形成显示装置，该显示装置还可以包括各种指示灯、信号灯、标度盘，这本身是已知的。

此外，车辆包括若干车载系统，诸如免提电话系统，车辆环境监视系统，用于提示车辆的预计路线上的驾驶状况和即将发生的事件的系统。

仪表组1在显示区10内包括第一交互实体（entité）11和第二交互实体12。

在所图示的简单的示例中，第一交互实体采用表示“OK”的元素的形式，以及第二交互实体采用表示“NOK”的元素的形式。

在仪表组的总的显示区10中设有像素化的或LCD型的数字显示区19；应注意到，上文所述的交互实体11、12或下文将描述的交互实体当然可以位于数字区19内。

应理解到，“交互实体”是指表示呈现给驾驶员的事件或可供驾驶员使用的功能的图形对象或指示灯/信号灯。下文将给出说明性示例。注意到，交互实体可以表示与仪表组之外的车载系统相关联的事件。

方向盘2包括检测装置3，它的主要用途是检测（一个或多个）手指的存在与否，且其次是检测驾驶员对方向盘2的抓握品质。

方向盘2包括称为轮毂的中心部分61和轮缘25，在图示的示例中，该轮缘25通过三个分支连接至轮毂，但是分支的数量可以是四个或甚至两个，或者方向盘2可以是单分支类型的。

检测装置3包括多个传感器7，这些传感器布置在方向盘2的轮缘25上。在图2A中，可以看到手4（左手4G和右手4D）以称作“9h15”的抓握位置抓紧方向盘2。当然，驾驶员通常也使用其它典型的位置，诸如“10h10”，两手不对称的位置，以及单手位置。

驾驶员的手4的多个手指通过附图标记5表示。

在方向盘2的轮缘25上限定激活区，这些激活区将允许驾驶员表达关于一个（或更多个）交互实体的意愿。更准确地，参照图1，限定第一激活区41’，它在从方向盘2的上部点29（参考β=0°）开始的角度扇区β1上延伸，β1在45°至135°之间。根据另外的定义，第一激活区41在从上部点29开始的角度扇区β7上延伸，β7在0°至180°之间，由此其涉及方向盘2的轮缘25的整个右半部。根据另一个示例，可以相对于平面XW对称地限定第二激活区42，它从方向盘2的上部点29（参考β=0°）开始在-45°至-135°之间延伸，或者限定第二激活区，它从上部点29开始在0°至-180°之间延伸，因此其涉及方向盘2的轮缘25的整个左半部。

注意到，对于直线行驶的位置，方向盘2上的第一激活区41的位置直接对应于第一交互实体11（“OK”）的位置，以及同样地，第二激活区42的位置直接对应于第二交互实体12（“NOK”）的位置。

为了更加改进对于驾驶员的直观性，表示“OK”的图形可以是绿色的，而表示“NOK”的图形可以是红色的。

更通常地，在驾驶员看来，根据本发明，使得交互实体处在方向盘上的与它们对应的激活区相对应的位置处。

根据本发明，驾驶员通过其手之一在激活区上执行的特定动作对应于其意愿的表达。这个特定的动作（下文中也称为“手指的主动运动”）对应于手在期望的激活区上的至少一次闭合（还称作“抓握”）。

轮缘25上的激活区的限定可以是根据情境而定，并且根据驾驶员遇到的情况变化；因此，可以在更小的角度扇区上设有第二激活区42''，例如从上部位置29开始在-45°至-90°之间。当然，在这种情况下，可以有不止两个激活区和不止两个交互实体；例如，第三激活区43与显示器的数字部分19中的图标13（第三交互实体）相关联。

也可以设有单个激活区和单个交互实体。

每个激活区41、42、43可以在方向盘2的轮缘25上具有更大或更小的范围，且因此可以包括更多数量或更少数量的传感器7，具体取决于驾驶情境（车辆速度、方向盘2的旋转角度，即“方向盘θ”等等）和/或取决于驾驶员遇到的事件。

图2A中，驾驶员正常地握着方向盘2。图2B中，驾驶员以其右手4D在轮缘25的“3点钟”位置周围的在90°的区域上执行抓握（“闭合”）的主动动作；更确切地，他先通过一个动作51张开多个手指5，然后通过一个动作52使其手指5重新抓握在轮缘25上。注意到，驾驶员将其手放在合适的位置以对车辆的路径保持良好的控制。

在图3中示出的示例中，方向盘2的轮缘25具有圆形或稍微椭圆形的剖面，第一前表面2A朝向驾驶员，相反的表面2B的方向与驾驶员的视线相反，上表面2S在轮缘25的外部部分上，以及内表面2U在轮缘25的内部部分上。轮缘25的这个剖面的平行于轴线X的中间方向表示为XC。

方向盘2的轮缘25包括通常为金属的框架63，且其围绕方向盘2的轴线X沿着圆CC延伸。而且，方向盘2的轮缘25包括合成材料制成的衬套64，必要时其可以由织物或皮革覆盖，衬套64能够具有一定的柔性，并且外表面65能够具有一定的粗糙度以方便驾驶员的手附着。

在图示的示例中，将检测传感器7布置在轮缘25的与驾驶员能看到的那个面相反的一侧2B上，这样允许大体检测手的手指5的最后一根关节（见图3）。传感器的这个位置也最适合于使其对于车辆的乘客是不可见的。

然而，尤其在从外部不可见的电容性传感器的情况下，注意到，传感器7也可以安装在外部的上表面2S上。也不排除在内表面2U上和在前表面2A上设有传感器的情况。

优选地，传感器7沿着周向方向CC一个接一个地布置。

有利地，传感器7分布在360°的角度扇区上，即，传感器7优选地沿着周向方向CC覆盖方向盘2的轮缘25的整圈。

应当注意到，不排除传感器7覆盖小于360°的扇区的情况，例如，大约260°，或者甚至例如大约200°，以符合驾驶员统计人群的常规抓握扇区。

有利地，传感器7的分布相对于方向盘2的上部点29（直线行驶）是对称的。

根据有利的选择，传感器7在周向方向CC上彼此间隔开最多15 mm的距离E。这样能提供充分的精确性，以能够区分检测到的可能的不同物体，其中包括在方向盘2的轮缘25上存在单个手指5。如上文提到的，可以在给定径向位置XC处设有单个传感器7（参照图3），或者多个传感器7分布在给定的径向位置XC处（在表面2A、2S、2B上）。

根据传感器7的技术性选择，检测区（换言之，传感器的作用半径）可以是更大或更小；图4A中示出了对于电容性传感器的相对较小的覆盖区7A。

在图4B中示出的示例中，检测传感器7是光电二极管型光学传感器，其具有更大的检测区7B，这样允许检测轮缘25附近的手指5’而无需必须接触（通常U=1到2 cm）；充当光导和封闭零件的零件70设置在这些二极管本身以及轮缘25的外壁65之间。光学封闭零件70的形状是环形条带，它覆盖设置有光学传感器的整个表面。光学封闭零件70可以有利地形成为“着色镜片”以限制可见光范围内的辐射朝向传感器7的穿透，尤其是如下所述在红外范围内进行工作的情况下。可选地，还可以在每个光电二极管的正前方放置无源滤波器，其以工作波长为中心。此类滤波允许去除无用的光谱部分并且改良检测的灵敏度。

优选地，沿着周向方向CC交替设置发射二极管Tx（7T）和接收光电二极管Rx（7R）。根据这种布置，当发射二极管7T之一被激活时，则特别地关注邻近的两个接收二极管7R上的光接收水平。

更准确地，以及结合图4B，当发射二极管Tx不工作时，测量由光电二极管Rx所接收的光量；如果一个或多个光电二极管接收的光量明显小于其它光电二极管，则这意味着手指5''在方向盘2的轮缘25附近（实际上，手指5''相对于自然的环境照明产生阴影9）。当手指完全遮蔽传感器7时，所接收的光强度基本上是零。相反地，大多数传感器7接收到的是车辆的车厢的这部分中的环境光水平，这样允许确定平均的感知参考光水平。

在人工照明阶段中，测量发射二极管Tx提供的红外线照明9T的反射所提供的补充光9R，这个光反射在驾驶员的手指5’上。分析补充光的量允许估计手指相对于方向盘2的轮缘25的外表面65的距离。由此估计相对于轮缘25的外表面65的直到U=20 mm的距离。

为了考虑夜间驾驶状况（车厢照明很弱），例如可以在仪表组中提供通用的环境照明源，其是红外线的或更宽的（光谱），以替代白天的自然光照明。

应当注意到，在简化版本中，轮缘25中的传感器7可能只是一些光电二极管，其负责测量一个或多个手指相对于自然照明或位于例如仪表组中的人工照明所投射的阴影9。

电子处理单元8适于（参照图5）向另一个第三方用户系统68传送信息，在当前情况下，该第三方用户系统可以是仪表组1本身，或者通过数据传输总线连接至仪表组1的另外的车载系统68。电子处理单元8使用关于方向盘2相对于直线的角度（“方向盘θ”）的信息69，来抑制对于转弯操作（即，具有 “方向盘θ”例如大于45°）期间对手指的主动运动的考虑；实际上，在这种情况下，不再能够真正地保证位置的对应性。

当电子处理单元8与第三方用户系统68之间的连接是有线连接时，这个连接是通过旋转接触器66进行。

可选地，可以设定从方向盘2到非旋转元件的信息传输是通过红外线所进行，从而在所存在的用于检测功能的红外线发射器7T未被请求进行检测的周期期间利用这些红外线发射器7T；在这种情况下，避免了通过旋转接触器进行。

如图5所示，除了已经提到的传感器7之外，检测系统3还包括电子处理单元8，其配置来产生从传感器7发出的检测信息。

具体地，处理单元8辨别哪个传感器（多个传感器之中）检测到物体（被手指遮蔽），并且根据这个传感器的地理位置，推断在轮缘25的周向上所检测到的手指的位置，例如表达成相对于方向盘29的上部点的角度偏差的形式。

而且，处理单元8可以对所有的二极管执行重复扫描；其中包括激活发射二极管7T之一，以及同时测量邻近的两个接收二极管7R上的光接收水平。

根据图7中示出的一个有利的方面，预想到光学传感器能够检测由接收二极管在自然照明（即，发射二极管未被激活）下所接收的光强度（步骤/a1/，标号为11），以及此外在第二时间，执行照明，然后获知由接收二极管在人工照明（即，发射二极管激活）下所接收的光强度（步骤/a2/，标号为12）。当然，检测优选地是脉冲式的，即，检测时刻提供标记为19的静止时间间隔开，这样允许使耗电量最小化，并且对于来自于外界的光（例如阳光与路边树木的交织，或者某些城市霓虹灯的照明）的变化较不敏感。

如图6A所示，为了推断两次抓握（或两次闭合）的主动运动，检测系统识别下面的序列：

·在邻近的三个传感器76-78上未检测到手指（周期91），

·在相同的这些传感器76-78上检测到手指（周期92），

·再次未检测到（周期93），

·再次检测到手的闭合（周期94）。

图6B示出了图的另一种情况，其中手指在另外三个邻近的传感器71-73上不太同步但是仍然表示了两次抓握或两次闭合。

应当指出，所考虑的主动运动也可以是单次抓握，相对良地管理其时间特征，以便避免错误的检测。根据一个实施例，用户系统可以根据所执行的相应动作要求单次抓握或两次抓握。

在通过手的单次闭合执行动作的情况下，优选地预计例如具有在5秒至10秒之间的预定值的有限时隙T1，以接收手的抓握。因此，只有驾驶员在触发事件90之后在不到T1秒的时间内执行手的此闭合（见图6B），才会考虑驾驶员的意愿。

还可以预想到，在手的两次闭合的情况下，第二次闭合应当在第一次闭合之后不到T2秒的时间间隔内进行（见图6B）。

图8示出了方向盘2上有四个激活区41-44分别对应于四个交互实体11-14的情况，下文描述其示例。

第一交互实体11表示为接听电话，以及所代表的相应的动作是接听呼入的电话呼叫。第二交互实体12表示为挂掉电话，以及所代表的相应的动作是拒接呼入的电话呼叫或者结束进行中的呼叫。

第三交互实体13表示为速度控制雷达，以及所代表的相应的动作是主动发信号通知在行驶的路上存在速度控制点（“侦察员”功能）。第四交互实体14表示为摄像设备，以及所代表的相应的动作是拍摄车辆环境的照片或视频；这样能够允许驾驶员记录例如对于由其他人表现出危险行为的另外的道路用户的照片/视频数据。

呈现给驾驶员的选项的指示是采用仪表组的数字显示区19中的指导性显示的形式，这个显示优选地是即时的，例如，当用户对方向盘2执行一次或两次抓握的时候，这样引起实现上述显示。在方向盘20的图画文字上出现激活区81-84，其构成方向盘2上的相应的真实激活区41-44的图像。

应当注意到，此指导性显示可以由车辆的挡风玻璃上的抬头式显示器系统100（HUD）复制（或取代），方向盘120的图标周围的表示为11’、12’、13’、14’的图标分别对应于图标11、12、13、14。

Claims (9)

1.一种用于机动车辆的方法，所述车辆包括连接至所述车辆的转向系统的用于驾驶的方向盘（2）、包括显示区的仪表组（1），所述方向盘包括布置在轮缘（25）上的多个传感器（7），并且配置来检测驾驶员的至少一只手（4）的至少一个手指（5）与所述轮缘（25）是否接触或者是否在所述轮缘附近，这些传感器在周向方向上一个接一个地布置，所述方法包括下列步骤：

a）在所述方向盘（2）的所述轮缘上限定至少一个第一激活区（41），

b）在所述显示区中限定至少一个第一交互实体（11），所述第一交互实体位于与第一激活区相对应的位置处，并且其代表事件或功能，

c）检测代表所述手（4）在所述第一激活区（41）上的至少一次闭合的手指（5）的主动运动，

d）采取与所述第一交互实体（11）相关联的动作，

其特征在于，在步骤c）中，手指（5）的主动运动表示手（4）在相应的激活区上的多次闭合或抓握，即两次闭合或三次闭合。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过如下方式限定所述手（4）在所述激活区上的两次闭合：由至少三个邻近的传感器（7）检测到至少两个手指（5）接触所述轮缘（25）或者按压在所述轮缘上，然后在这些相同的传感器（7）上检测不到，然后在这些相同的传感器（7）上再次检测到，然后再次在这些相同的传感器（7）上检测不到。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述方向盘（2）的所述轮缘上限定至少一个第二激活区（42），并且在所述显示区中限定至少一个第二交互实体（12），第一激活区和第二激活区（41，42）对称地设置在所述方向盘（2）的竖直的中间平面（WX）的两侧，所述第一激活区（41）包括右手（4D）的标称位置，以及所述第二激活区（42）包括左手（4G）的标称位置。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一交互实体（11）表示接受向所述驾驶员提出的提议的动作，而所述第二交互实体（12）表示拒绝所述提议的动作。

5.根据权利要求3或4中的一项所述的方法，其中，所述第一交互实体（11）表示接听电话呼叫，而所述第二交互实体（12）表示拒接所述电话呼叫。

6. 根据权利要求3到5中的任一项所述的方法，其中，所述传感器在周向方向上彼此间隔开至多15 mm，并且所述第一激活区和第二激活区（41，42）中的每个激活区覆盖所述轮缘的在90°至180°之间的角度扇区。

7.根据权利要求1到6中的任一项所述的方法，其中，在至少三个邻近的手指（5）上检测到所述手指（5）的运动。

8.根据权利要求3到7中的任一项所述的方法，其中，所述仪表组在其数字显示区（19）之一中和/或通过抬头式显示器（100）即时地显示所述方向盘（20，120）的图像，其示出了可用的不同的交互区（41–44）以及表示相应动作的图画文字（11–14）。

9.一种用于机动车辆的交互系统，其允许实施根据前述权利要求中的任一项所述的方法，该交互系统包括：用于驾驶的方向盘（2），其连接至所述车辆的转向系统、包括显示区的仪表组（1），所述方向盘（2）包括多个传感器（7），所述传感器布置在所述方向盘（2）的所述轮缘（25）上并且配置来检测驾驶员的至少一只手（4）的至少一个手指（5）与所述方向盘（2）的所述轮缘（25）是否接触或者是否在所述轮缘附近，所述传感器在周向方向上一个接一个地布置，所述方向盘（2）的所述轮缘（25）限定至少第一激活区和第二激活区（41，42），

·所述仪表组在所述显示区中限定至少第一交互实体和第二交互实体（11，12），其分别位于与第一激活区和第二激活区（41，42）相对应的位置处，并且其代表事件或功能，

·所述系统配置来检测手指（5）的主动运动，包括手（4）在所述激活区（41，42）之一上的至少一次抓握，并且执行与对应于所述激活区（41，42）的所述交互实体相关联的动作。